以99%光速飛行,飛出太陽系需要多少時間?飛出銀河系呢?

2020-11-26 騰訊網

從理論上來講，我們似乎不可能造出光速飛船，但達到99%光速卻是允許的，那麼問題就來了，假如我們以99%光速飛行，飛出太陽系需要多少時間呢？

如果以奧特星云為界的話，太陽系的半徑大約為1光年，也就是說，我們只需要計算出以99%光速飛行1光年，需要多少時間，就可以得出答案。看到這裡可能有人會說了，1光年就是以真空中的光速直線飛行一年的距離，而1除以0.99約等於1.01，所以這個問題的答案難道不是1.01年嗎？

其實這個答案是正確的，但是卻不是唯一的，因為根據愛因斯坦在狹義相對論中的描述，時間不是絕對的，而是相對的，簡單來講就是速度越快，時間就越慢，這被稱為「鍾慢效應」。

據此可以得出，假如有一艘以99%光速飛行的宇宙飛船從地球出發，那麼從地球上的人來看，這艘宇宙飛船確實需要大約1.01年的時間才能飛行1光年，但從這艘宇宙飛船的乘客來看，他們根本就沒有用到這麼多的時間。

「鍾慢效應」是怎麼來的？

其實這是來自於一個重要的公設——光速不變原理，即：光在真空中的傳播速度是恆定不變的，與觀測者和光源的運動無關。意思就是說，對於一束在真空中傳播的光束而言，無論你的運動方向是與它相同還是相反，又或者是靜止不動，這束光在你看來都是同一個速度。

上圖為一個「光子鍾」，光子可以在上下兩面鏡子之間來回反射，由於光速和距離都是確定的，因此我們可以將其作為計時工具，即光子每完成一次反射（從上到下或者從下到上），就用時d/c秒（d為兩面鏡子的距離，c為光速）。

假設有兩個「光子鍾」，一個放置於地球上，一個放置於高速飛行的宇宙飛船中，這時我們可以就看到，在地球上的「光子鍾」每完成一次反射的時間是d/c秒，而宇宙飛船上的「光子鍾」就不一樣了，為什麼這麼說呢？

如上圖所示，從地球上來看，宇宙飛船上的光子移動的距離，除了兩面鏡子之間的距離之外，還多出來一個由宇宙飛船本身的速度v產生的距離，也就是說，它飛行的距離增加了，而根據光速不變原理，光子的運動速度不會與宇宙飛船的運動速度疊加，因此它每完成一次反射的時間就變成了（d + 多出來的距離）/c秒，這就意味著，從地球上來看，宇宙飛船上的時間變慢了。

需要指出的是，雖然「鍾慢效應」看上去非常反直覺，但在過去的日子裡，科學家們已經對此進行了多次驗證，例如著名的「飛行鐘」實驗以及「μ-介子」實驗等等。因此可以說，我們要討論上述問題，就必須要將這個效應考慮進去。

那麼具體答案是什麼呢？

上圖為描述「鍾慢效應」的公式，其中的T0可以代表地球上的時間，T可以代表宇宙飛船上的時間，V可以代表宇宙飛船的速度，C則為光速。

我們據此可以計算出，如果宇宙飛船以99%光速飛行，那麼宇宙飛船就會比地球上的時間慢大約7倍，所以從這艘宇宙飛船的乘客來看，飛行1光年，或者說飛出太陽系，僅僅需要大約53天的時間。當然了，從地球上的人來看，這艘宇宙飛船還是花了大約1.01年的時間。

可以看到，對於宇宙飛船的乘客而言，僅用53天就可以飛出太陽系，確實是很愉快的，那飛出銀河系呢？我們不妨再來算算。

銀河系的直徑至少有10萬光年，而太陽系距離銀河系中心約有2.5萬光年，也就是說，我們至少要飛行2.5萬光年的距離，才能夠飛出銀河系。經過簡單計算後我們可以得出，再算上了「鍾慢效應」之後，宇宙飛船仍然需要大約3600年。

不得不說，這個結果是很令人失望的，不過沒關係，因為既然我們可以讓宇宙飛船達到99%光速，那麼我們也可以讓其達到更快的速度，根據「鍾慢效應」的公式我們能夠得出，速度越接近光速，「鍾慢效應」就越明顯（可參考下圖）。

可以看到，當宇宙飛船的速度達到99.999999999999%光速時，其時間可以變慢707萬倍，顯而易見的是，假如我們以這樣的速度飛行，別說是飛出銀河系了，就算是飛往254萬光年之外的仙女座星系，也只需要4個多月而已。

好了，今天我們就先講到這裡，歡迎大家關注我們，我們下次再見。

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  • 以99%光速飛行，飛出太陽系需要多少時間？飛出銀河系呢？
    從理論上來講，我們似乎不可能造出光速飛船，但達到99%光速卻是允許的，那麼問題就來了，假如我們以99%光速飛行，飛出太陽系需要多少時間呢？99%光速飛行1光年，需要多少時間，就可以得出答案。我們據此可以計算出，如果宇宙飛船以99%光速飛行，那麼宇宙飛船就會比地球上的時間慢大約7倍，所以從這艘宇宙飛船的乘客來看，飛行1光年，或者說飛出太陽系，僅僅需要大約53天的時間。當然了，從地球上的人來看，這艘宇宙飛船還是花了大約1.01年的時間。可以看到，對於宇宙飛船的乘客而言，僅用53天就可以飛出太陽系，確實是很愉快的，那飛出銀河系呢？我們不妨再來算算。
  • 現在的人類能飛出銀河系?如果擁有光速飛行的話,是否可行?
    說到這裡，內心不免有些失落，一個直徑達到2-3光年的太陽系，人造星際探測器想要飛出，都尚且需要上萬年的時間，而一個直徑達到10萬-15萬光年的大星系，人類要想飛出或許比登天還難。目前，人類飛行速度最快的探測器是旅行者1號探測器，其速度是17公裡每秒，而銀河系的直徑是10萬光年以上，等旅行者1號探測器飛出銀河系，地球很可能早已經消失。當然，旅行者一號探測器不可能飛出銀河系，因為，漫長的時間中它可能早就已經自然銷毀了。
  • 太陽系位於銀河系的哪裡?從哪個方向更容易飛出銀河系?
    目前，無論是人類，還是無人探測器，都還未曾離飛出過太陽系（但有五艘無人太空飛船正在離開太陽系），更未曾飛出過銀河系。因此，我們還沒有得到過真實的銀河系全貌照片。不過，人類對銀河繫結構的了解已經是八九不離十了。依巴谷衛星、蓋亞衛星相繼觀測了銀河系中數以億計的恆星，測量出了它們的方位、距離以及運動。
  • 人類為什麼無法飛出太陽系?飛出太陽系需要什麼條件呢?專家一席話...
    旅行者一號太空探測器的速度已經達到了每秒鐘17公裡以上，它已經飛行了42年的時間，行程超過了211億公裡。但是它要飛出太陽系最起碼也得需要大約17600年的時間。對於一顆沒有生命的探測器來講，它有足夠的時間飛出太陽系的。
  • 假如人類研製出了接近光速的飛船,我們敢飛出太陽系嗎?
    在地球時代，人類依靠速度的優勢實現了走遍地球每一個角落的夢想，如今我們有著快速的交通工具，即使是從地球的南邊到北邊，也不需要很長的時間就可以到達。速度的不斷提升和發展，終於讓原來廣闊的地球變成了現在的地球村，這是科技的偉大，也是人類文明的偉大。
  • 人類可能永遠都飛不出銀河系,就算達到光速,也無法飛出銀河系
    偉大的科學家愛因斯坦曾說過，當一個物體的速度越快的時候，它的質量上升的也就越快，它需要的能量也就越多。當這個物體的速度越接近光速，那麼它的質量就會越接近無窮大，而光是沒有質量的，所以不需要擔心質量上升的問題。
  • 人類能飛出銀河系嘛？
    這個，在可 預見的未來，至少幾百萬年的時間裡 ，是實現不了的。當下太空飛行器就是都 是化學能工質飛船，有朋友給出過非常精闢的比喻。載人航天，就像公園裡的鴨子船，公園裡玩玩水很愜意（近地軌道），將就一下橫渡長江也能做到（載人登月），但你要去用鴨子船跨越太平洋，那就是開玩笑了（太陽系級別的旅行），按照樓主的要求飛出太陽系，那就可以比喻成讓鴨子船從地表逃逸進太空了。而且還有更大的問題，探索的動機。說得直白一點，探索月球或許在500年後就能有產出，探索火星、木星可能要幾千年。
  • 人類需要多久能飛出銀河系?想要穿越銀河系,真的有這麼簡單嗎?
    1961年人類成功進入了外太空，隨後不斷在航天領域有出色的表現，希望有一天能夠飛出銀河系，不過轉眼間已經到了2020年，人類想要飛出太陽系都難，更何況飛出銀河系這個夢想。人類在登陸月球的時候都要準備幾個月甚至幾年的時間，想要橫跨這片銀河系真的有這麼容易嗎？
  • 光速這麼快,如果造出光速飛船人類可以飛出銀河系嗎
    人類自從誕生起就對茫茫宇宙十分好奇，之前一直受限於科學技術的發展，現在人類可以實現在太空中穿梭了，但是還是只局限於太陽系之內，因此，對於浩瀚銀河系內的許多宇宙奧秘，人類還是很好奇，因此很多人就在想，如果咱們的科學家造出了光速飛船，有沒有可能飛出銀河系呢？
  • 人類可以飛出地球,為什麼飛不出銀河系?永遠都做不到!
    人類很早之前就飛出過地球，在太陽系內進行探索，探索月球、火星等其他的星體。我們都知道宇宙很大，由太陽系、銀河系以及其他強大的星系構成的，那麼人類已經可以飛出地球了，那麼人類可以飛出銀河系嗎？曾經有科學家說過人類是不能飛出銀河系的，那麼為什麼人類飛不出銀河系呢？雖然人類現在的科技水平已經很發達了，但是要飛出銀河系簡直比登天還難。旅行者一號曾是最遠的探測器，它已經飛到了220億公裡之外。當時的旅行者一號速度已經很快了，按照當時的速度如果一直飛行的話，那麼旅行者一號大概需要17600年才能飛出太陽系。
  • 光速飛行為什麼無法飛出太陽系?或與這些原因有關,難以實現!
    人類為何無法飛出太陽系？即使光速飛行也難以實現，或與它有關！很多80後的小夥伴都有這樣一段美好的回憶，夜晚躺在自家的院子裡，抬頭就可以看到天空當中，明亮的星星，現在隨著城市的建設和經濟的高速發展，想要抬頭看見星星簡直就是一種奢望。
  • 銀河系是圓盤狀的,從垂直於銀道面方向,是否更容易飛出銀河系?
    目前，無論是人類，還是無人探測器，都還未曾離飛出過太陽系（但有五艘無人太空飛船正在離開太陽系），更未曾飛出過銀河系。因此，我們還沒有得到過真實的銀河系全貌照片。
  • 銀河系呈圓盤狀的,垂直於銀道面方向,能否更容易得飛出銀河系?
    人類和無人探測器都沒有飛出太陽系（但有五艘無人太空飛行器正在離開太陽系），也沒有飛出星系。 所以我們還沒有得到銀河系的全貌。然而，人類對銀河繫結構的理解已經非常接近。 伊巴谷和蓋亞衛星在銀河系觀測到數億顆恆星，測量它們的位置、距離和運動。 通過這些數據，天文學家可以更準確地繪製銀河系的結構圖。
  • 為何說人類達到千倍光速飛船，也依舊飛不出銀河系
    為何說人類達到千倍光速飛船，也依舊飛不出銀河系​光速是宇宙中最快的速度之一，也是人類一直夢寐以求想達到的速度，如果某一天人類製造的飛船也能夠以光速飛行穿梭於宇宙中，可能人類不會像如今一樣那麼的絕望。科學家猜測的太陽系的直徑大約在兩光年左右，如果人類打造出了一艘光速飛船，那麼只需要兩年的時間就可以離開太陽系了。
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  • 人類還需要多久才可以飛出銀河系?科學家:答案都在紙上!
    以人類目前的科學發展速度，大約還需要幾百年就可以實現行星文明了，不過這其實是剛剛渡過了「新手村」，想要飛出地球、飛出太陽系還很早，更別提想要飛出銀河系了。太陽一秒鐘發出的能量足夠地球使用20萬年，所以，即便日後地球，甚至是太陽系中個星球上的資源都枯竭了，只要太陽還在，人類就可以通過戴森球源源不斷的汲取能量，然後利用這些能量快速的發展科技，並且實現飛出太陽系，在周圍的恆星系統中來去。為何這裡說的是周圍的恆星系統，而不是整個銀河系呢？
  • 人類至少需要12000年才能飛出太陽系!
    10萬年，幾乎相當於人類創造文明所需要時間（5000年）的20倍，況且以目前人類物理定律來看，不可能達到光速，更不可能超越光速，因此遨遊銀河系所需要的實際時間比理論上所需的時間更久。人類幻想遨遊銀河系，就像古人想遨遊世界一樣，不現實基於人類目前速度實在太落後，所以人類不要幻想遨遊宇宙、星際旅行、遨遊銀河系這些好高騖遠的目標，首先飛出我們所在的太陽系再說吧！什麼？人類不是已經飛出太陽系了嗎？
  • 煤油火箭能飛出地球,要想飛出太陽系,該用什麼燃料?
    可以說每一個愛看科幻小說的人都會想到外太空去一趟，想飛出太陽系，想到銀河系裡探索。我們人類連小小的太陽系都飛不出，更別說浩瀚的銀河系了。 人類搭乘飛行器第一次到達太空是在1961年。
  • 什麼時候才能飛出銀河系?
    雖然人類自身飛不遠，但人類發射了5個能夠飛出太陽系的無人探測器——先驅者10、11號，旅行者1、2號，新地平線號，它們可以代替人類去往宇宙深處。儘管這五艘星際飛船可以離開太陽系，但半徑可達1光年的太陽系仍然非常大，星際飛船至少需要1.8萬年才能真正飛入星際空間中。然而，人類發射的五艘星際飛船都無法飛出銀河系。
  • 為什麼說人類永遠飛不出銀河系?看看太陽系的真實大小你就明白了
    那麼為什麼說人類永遠飛不出銀河系呢？其實看看太陽系的真實大小你就明白了，我們先來看一張圖。上圖可從左上角開始按順時針方向分為4個部分（請注意順序），第1部分顯示的是以木星軌道為界的太陽系中心地帶，其內包括水星、金星、地球、火星以及位於木星與火星之間的小行星帶，第2部分加上了土星、天王星、海王星以及冥王星，也就是我們熟悉的「太陽系全家福」，在最外圍的紫色軌道上運行的是冥王星。